|
ШИМ модулятор на LTC6992IS6-2, SiC мосфете и диоде
| |
| kotrad78 | Дата: Понедельник, 2025-Янв-27, 01:51 | Сообщение # 31 |
 опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 698
Статус: Offline
| Посмотрел старые замеры и обратил внимание, что ВЧ звон на выходе стал чуть-чуть больше. При том, что печатные дорожки платы практически не изменились. Проанализировав всё пришёл к выводу, что причина - в слюдяных прокладках.
Ёмкость между фланцем транзистора и радиатором при керамической, оксид алюминиевой прокладке толщиной 1мм около 15пФ
Ёмкость между фланцем транзистора и радиатором при слюдяной прокладке толщиной 0.12мм около 30пФ
То есть, получается со слюдой мы добавили дополнительную ёмкость диоду нижнего плеча, что и вызвало небольшое повышение ВЧ звона. Интересное наблюдение).
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Янв-28, 17:36 | Сообщение # 32 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 698
Статус: Offline
| Провёл два эксперимента по снижению ВЧ звона.
Эксперимент 1. С помощью RC снаббера.
С помощью калькулятора рассчитал RC снаббер для GC2M0080120D транзистора на частоте 100кГц, при питании 100в. Осциллографом посмотрел период звона, он был около 33нс, Резистор получился 50Ом, конденсатор 1.8нф. Взял конденсатор 1.8нф и подстроечный резистор на 500Ом. Чтобы резистор не сгорел, уменьшил питающее напряжение до 8В.
Сразу скажу, что снаббер параллельно сток-истоку транзистора не заработал, ВЧ звон снижался буквально на 5-10%, поэтому подцепил снаббер к диоду нижнего плеча.
1. Резистор в максимум, 500Ом, ВЧ звон на выходе модулятора:
Большая развёртка:
2. Плавно снижал сопротивление, звон снижался, снижался, снижался и при 20Ом стал вот таким:
Начальная развёртка
Видео регулировки снаббера:
Ссылка на видео, если у кого Ютуб медленно работает: https://disk.yandex.ru/i/9n5CWe2sjn1Uuw
Сначала очень обрадовался, т.к. ВЧ звон удалось почти полностью снизить. Но, вылез неприятный подводный камень... О нём в следующем сообщении.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Янв-28, 17:51 | Сообщение # 33 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 698
Статус: Offline
| Планировал уже вместо подстроечного резистора впаять 20Ом 3Вт и проверить работу при 100В питании. Но, сначала решил проверить диапазон скважности.
При 98% - всё отлично
А вот в меньшую сторону, вылезли "грабли". Из-за того, что мы подключили к диоду дополнительный конденсатор, пусть даже через 20Ом резистор, этот узел не успевает разряжаться при малой скважности..
20%, уже видно, как фронт начинает наклоняться
10%, наклон стал ещё сильнее
2% - вообще некрасиво
В реальной работе это неизбежно приведёт к дополнительным искажениям сигнала на максимальной громкости. Так что, RC снаббер параллельно диоду хоть и отлично убирает ВЧ звон, но, для максимально неискажённого звучания, к сожалению не подходит.
В следующем сообщении расскажу про другой эксперимент. Он мне очень понравился.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Янв-28, 17:58 | Сообщение # 34 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 698
Статус: Offline
| Эксперимент 2. Снижение ВЧ звона с помощью затворного резистора.
Вместо затворного резистора подключил 500Ом подстроечный. Чтобы не спалить затвор, силовое напряжение пока поставил 15В.
1. Резистор выкручен в 0. Звон на выходе модулятора:
2. Резистор выставлен на 27Ом, звон снижается:
3. Резистор выставлен на 80Ом, звон очень сильно снизился:
Фронты, конечно же стали более пологими, поэтому, предел скважности чуть-чуть уменьшился.
3%
97%
В следующем сообщении подниму питание до 100В.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Янв-28, 18:09 | Сообщение # 35 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 698
Статус: Offline
| Чем выше питающее напряжение, тем меньше переходные п-н ёмкости как транзистора, так и диода. Поэтому, чем выше питание, тем звон сам по себе становится меньше. Итак, питание 100В.
1. Когда затворный резистор 27Ом
2. Когда затворный резистор 80Ом
ВЧ звон подавлен практически полностью. Идеально!
Теперь рассмотрим пределы скважности при 100В.
2%
98%
И сигнал на затворе:
Всё - просто великолепно!!
Выводы.
1. RC снаббер хорошо работает по снижению ВЧ звона, но, сильно сужает нижний диапазон скважности (в плане звуковых искажений)
2. Увеличение затворного резистора до 80 Ом - полностью убирает ВЧ звон, при этом сохраняется 2-98% диапазон скважности. Лучшее решение!
3. Сигнал на затворе отличный! В теории, думаю можно будет попробовать обратно заменить 15В лм-ку на 18В, чтобы карбид транзистор сильнее открывался и меньше грелся.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Янв-28, 18:29 | Сообщение # 36 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 698
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 (  ) В теории, думаю можно будет попробовать обратно заменить 15В лм-ку на 18В, чтобы карбид транзистор сильнее открывался и меньше грелся.
Не, нет смысла.
Разница в сопротивление канала при 15В на затворе и 18В всего около 20мОм
Снижение нагрева будет незначительным:
При 15В питании остаётся бОльший запас по надёжности для затвора. Так что, да, пусть 15В лм-ка остаётся.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2025-Фев-02, 23:08 | Сообщение # 37 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 698
Статус: Offline
| Итак, приехали все детали, всё спаял. Подводим итог. Подключил ШИМ контроллер по Ndiv 4.
1. Сигнал на выходе LTC ШИМ контроллера, частота 87кГц.
2. Ширина джиттера (дрожание заднего фронта) около 20нс
3. Сигнал на выходе модулятора, до ФНЧ, при силовом напряжении 100В. ВЧ звон подавлен полностью.
4. Силовое питание 100В, нагрузка 25Ом, максимальная амплитуда синусоидального сигнала без искажений (ограничений сверху или снизу).
На графиках замеры:
20Гц, 100Гц, 400Гц, 1кГц, 2кГц, 3кГц, 4кГц, 5кГц
6кГц - 12кГц
В следующем сообщении продолжу.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2025-Фев-02, 23:45 | Сообщение # 38 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 698
Статус: Offline
| Схема, версия 5.1
Ссылка на схему, если форум сожмёт с потерей качества: https://disk.yandex.ru/i/Txbr20WF1pHmzQ Ссылка на схему в несжатом формате https://disk.yandex.ru/i/3ZWdhUYnrTR_mg
Нагрев модулятора после 20 минут реальной работы, разная музыка. Питание 100В, нагрузка 25Ом:
Силовой транзистор 43 градуса, радиатор 42 градуса, 15в лм-ка 46 градусов.
Ссылка на гербер архив печатной платы: https://disk.yandex.ru/d/jIFotw2W2o4WlQ
Платы заказывал у этого продавца: https://aliexpress.ru/store/1103635205 Пишем ему сообщение, автоответчик напишет почту, туда пишем письмо, на английском. В письме:
- указываем желаемый цвет платы и цвет шелкографии (надписей), по умолчанию Green / White.
- нужное кол-во, минимум 5шт
- в какую страну отправить.
Так же прикреплю гербер архив с платой к этому сообщению.
И парочка фотографий:
Заключение.
Да, это был долгий и интересный путь). Но, главное, что результат меня полностью устроил. Получилось разработать ШИМ модулятор с максимально качественным звучанием.
Какие могу дать советы.
1. Старайтесь покупать только фирменные и качественные радиодетали, не гонитесь за китайской или ноу-нейм дешевизной, это сэкономит кучу времени, сил и нервов.
2. Проверяйте тестером абсолютно каждый резистор, каждый конденсатор перед впаиванием. Да, на это уйдёт время, но это даст вам уверенность, что вы впаяли рабочую деталь без заводского брака.
3. ШИМ модулятор не требует никакой наладки и при исправных деталях начинает работать сразу.
4. После того, как всё запаяли - обязательно промывайте мягкой зубной щёткой и спиртом (бензин "калоша", изопропанол) плату с двух сторон. Обязательно!
5. Лично для меня самое сложное в этом модуляторе - это запайка LTC ШИМ контроллера. Пришлось брать мощное увеличительное стекло + увеличительные очки. И специальное, тонкое жало для паяльника. Не спорю, можно было бы её запаять воздушным феном и паяльной пастой, но, боялся её перегреть. Если кто будет паять паяльником, я делал так:
- обезжирил плату
- капнул на посадочное место каплю густого канифольного флюса
- зубочисткой установил и выровнял микросхему
- на жало паяльника нанёс маленькую капельку припоя и запаял сначала одну ножку, потому вторую и т.д.
Вот такой получился модулятор. В следующем сообщении дам ссылки на все детали, где их покупал.
Добавлено (2025-Фев-03, 01:28)
---------------------------------------------
Перечень деталей.
Этот продавец https://aliexpress.ru/store/1103009080 может доставить детали с сайта LCSC во все наши страны. Пишем ему в лс, автоответчик напишет почту. Туда пишем письмо, на английском, в котором даём ссылки на нужные детали, пишем нужное кол-во и в какую страну отправить. Обратите внимание, что если на сайте LCSC можно купить минимум, например 10шт, то продавец не сможет вам продать меньше этого кол-ва.
1. ШИМ контроллер LTC6992IS6-2 https://www.lcsc.com/product....63.html
2. SMD резисторы 1206, высокоточные, термостабильные (если решили делать Ndiv4):
- 910k https://www.lcsc.com/product....35.html
- 91k https://www.lcsc.com/product....37.html
- 143k (для частоты ШИМ 87кГц) https://www.lcsc.com/product....20.html
3. Карбид-кремниевый транзистор:
- с каналом 80мОм https://www.lcsc.com/product....46.html
- с каналом 160мОм https://www.lcsc.com/product....48.html
Если ваш передатчик до 300-400Вт, берите на 160мОм, если на мощность до 700-800Вт, берите на 80мОм.
4. Карбид-кремниевый диод нижнего плеча GC3D03060A https://www.lcsc.com/product....60.html
5. Оптодрайвер AOTE AT3120-CuH-D https://www.lcsc.com/product....97.html
6. 15В лм-ка, производство США https://www.lcsc.com/product....76.html
7. 5В лм-ка, производство США https://www.lcsc.com/product....87.html
8. 2N7000 полевик, производство США https://www.lcsc.com/product....90.html
9. 2кОм многооборотный резистор, производство США https://www.lcsc.com/product....76.html
10. TL072CP, производство США https://www.lcsc.com/product....36.html
11. 1N5339BRLG защитный стабилитрон, производство США https://www.lcsc.com/product....06.html
12. SMD фильтрующие конденсаторы формата 1812
- 100нф 500В https://www.lcsc.com/product....43.html
- 2.2нф 2кв https://www.lcsc.com/product....50.html
Это основные детали, которые очень желательно ставить фирменные и качественные. Далее пойдут простые детали с Али. Добавлено (2025-Фев-03, 01:34)
---------------------------------------------
Детали с Али.
1. DC/DC изолированный преобразователь 12/24В, B1224S-3WR2 https://aliexpress.ru/item/1005005572313762.html
2. Синфазные дроссели 50мГн формата ЕЕ12 https://aliexpress.ru/item/1005006187634917.html (они продаются по 5шт, рекомендую взять 10, т.к. иногда случается брак, обрыв провода внутри).
3. Радиатор охлаждения, берите с 3 отверстиями. Они все одинаковой ширины, но разной высоты: https://aliexpress.ru/item/33000737756.html
- для передатчика 300-500Вт берите на высоту 45мм
- для передатчика 600-800Вт берите на высоту 80мм
отверстия на плате разрабатывались именно под этот тип радиатора.
4. Керамические, диэлектрические прокладки из оксида алюминия, для транзистора и диода берите одинакового размера, 20х25х1мм, с отверстием https://aliexpress.ru/item/1005005122359439.html
Закручивайте транзистор и диод плотно, но не со всей дури, иначе прокладки могут лопнуть, особенно, если между прокладкой и радиатором будет пылинка из песка.
5. Пластиковая, изоляционная втулка для фланца диода https://aliexpress.ru/item/1005002157162435.html
ВАЖНО!! Вставьте втулку во фланец диода, возьмите увеличилку и посмотрите внимательно с другой стороны, выступают ли края втулки за фланец? Если хоть немного выступают, сточите втулку немного надфилем или на точильном бруске для ножа, иначе ваша керамическая прокладка лопнет, когда будете закручивать диод. Втулка её расколет!!
6. Термопаста. Используйте только диэлектрическую термопасту!! Иначе, транзистор может прошить!! Гарантированно диэлектрические термопасты:
- КПТ-8
- КПТ-19
- Hike T1
Как проверить термопасту на пробой? Берёте пьезо-элемент из зажигалки, наносите тонкую линию термопасты в 5-10мм длиной. В одну руку металлическую скрепку, в другую пьезоэлемент и щёлкаете по краям пасты. Если дуга будет прошивать пасту - её использовать нельзя!!
7. Сендастовые кольца для дросселей ФНЧ https://aliexpress.ru/item/1005005183745905.html
Добротности и размера этих колец хватит для нагрузки модулятора до 800-900Вт.
8. Медный провод ПЭТВ-2 1.25мм для дросселей ФНЧ https://aliexpress.ru/item/1005002162911374.html (китайскую медь лучше не использовать, лучше отечественный провод)
9. На плате предусмотрено место под быстродействующий SMD предохранитель, вот такой https://aliexpress.ru/item/1005004210486564.html
Обратите внимание, что он рассчитан только до мощности передатчика около 500-600Вт. Если мощность выше, он будет сильно греться и его нужно будет убрать (запаять перемычку).
10. Конденсаторы для ФНЧ можно использовать любые CBB от 250В, главное, по 2-3шт в параллель. Так у них будет меньше ESR, меньше будут греться. Например такой фирмы и формата, я такие ставил https://www.lcsc.com/product....58.html
Про мелочёвку из резисторов и керамических конденсаторов, думаю нет смысла писать. Главное, как ранее говорил, прежде чем запаивать, проверяйте тестером каждую деталь!
В принципе, вроде всё расписал. Если будут какие вопросы - пишите.
|
| |
| |
| rw6bw73 | Дата: Понедельник, 2025-Фев-03, 12:28 | Сообщение # 39 |
 практикующий
Группа: Пользователи
Сообщений: 138
Статус: Offline
| Несколько вопросов. Какой размер платы получается если откинуть фильтр на выходе и транзистор с диодом запаять снизу горизонтально чтоб радиатор был паралельно плате.? Можно ли вместо B1224S поставить URA2409YMD-10WR3 на 18 вольт исключив стаб на 15 вольт ? Какие установочные размеры В1224s-3WR2 . какая оптимальная задержка включения модулятора
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Понедельник, 2025-Фев-03, 13:41 | Сообщение # 40 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 698
Статус: Offline
| 1. Если убрать радиатор охлаждения и ФНЧ, то размер платы будет около 130-140мм
2. Если убрать узел индикации перегрузки, то ужать можно до 100мм
Тут главное, саму микросхему LTC размещать как можно дальше от оптодрайвера.
3. Размеры DC/DC B1224S-3WR2
Зелёный прямоугольник по даташиту аналогичного модуля от другой компании.
Синий прямоугольник - реальные размеры модуля с Алиэкспресса после запаивания. То есть, реальный модуль примерно на 2мм вылезает влево, от границ зелёного прямоугольника. Посадочные отверстия совпадают.
Размеры зелёного прямоугольника:
- ширина 7.62мм
- высота 20.32мм
- размер квадратиков внутри прямоугольника 2.549мм Х 2.549мм. Квадратики придумал, чтобы удобно было точно расположить посадочные отверстия в местах их стыка.
- диаметр отверстий 0.8мм, в реальности ножки чуть тоньше.
4. Основной причиной, почему ушёл на 15В питание был ВЧ звон на выходе модулятора, который проникал на затвор. Когда было 18В, ВЧ звон на выходе проникал на затвор и повышал в пиках напряжение до 23-24В, при 25В предельных по даташиту. Это уже потом нашёл способ борьбы с ВЧ звоном - сильное увеличение затворного резистора. В теории, если поставить затворный резистор около 70-80Ом, то можно и 18В питание использовать от модуля URA2409YMD-10WR3. Нужно на практике смотреть.
То есть, вам нужно это самому проверить. Поставьте модуль URA2409YMD-10WR3, затворный резистор 75Ом и при рабочем силовом напряжении посмотрите амплитуду сигнала на затворе. Если она не будет превышать 20-21В, то нормально. Если всё равно будет выше, то тогда лучше перейти на 15В питание.
5. При использовании Hi-link модулей можно обойтись без стабилизирующих лм-ок, поскольку внутри этих модулей есть стабилизация напряжения. Если использовать 15В питание затвора, то можно применить модули:
- VRB1215YMD-5WR3, вход 9-18В, выход 15В https://aliexpress.ru/item/1005008131163000.html
- VRB2415YMD-5WR3, вход 18-36В, выход 15В https://aliexpress.ru/item/1005004492294095.html
Но, так же нужно помнить, что внутри Hi-link модулей стоит Y конденсатор на 1нф между входом и выходом. Поэтому использование 50мГн синфазных дросселей по его входу и выходу строго обязательно, эти дроссели снизят ток ШИМ 100-150В 100кГц, который будет идти через этот конденсатор. В принципе, по этой причине лично я и перешёл на B1224S-3WR2 модули + лм-ка, т.к. внутри этих модулей нет Y конденсатора, поэтому и 50мГн синфазные дроссели можно взять меньшей мощности и размера.Добавлено (2025-Фев-03, 13:47)
---------------------------------------------
Цитата rw6bw73 ( ) какая оптимальная задержка включения модулятора
100-200мС. Если меньше 100мс, то, какие-нибудь мощные антенные реле могут не успеть переключить антенну с приёма на передачу. Если больше 200мс, то, это уже будет вызывать дискомфорт в реальной работе, будет задержка "подачи голоса в эфир" при быстром общении с кем-либо.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Понедельник, 2025-Фев-03, 16:29 | Сообщение # 41 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 698
Статус: Offline
| Цитата rw6bw73 ( ) Какой размер платы получается если откинуть фильтр на выходе и транзистор с диодом запаять снизу горизонтально чтоб радиатор был паралельно плате.?
Чуть позже сделаю "м" версию платы, максимально упрощённую, длина получается около 9см
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Понедельник, 2025-Фев-03, 17:44 | Сообщение # 42 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 698
Статус: Offline
| Разработал миниатюрную версию модулятора 5.1м.
- размер платы 85х90мм
- убран индикатор перегрузки НЧ сигнала
- убран радиатор
- убран ФНЧ
- убран предохранитель
Нумерацию оставшихся деталей сохранил как в полной версии 5.1, так удобнее будет в случае каких вопросов или настроек.
Схема:
3D модель
Зелёные стрелки - нужно будет запаять жёсткую перемычку, например из 1мм медной проволоки прямо со стока ноги транзистора на пятачок силового питания.
Синяя стрелка - нужно будет подкинуть провод с массы фильтрующих конденсаторов на минус силового питания.
Ссылка на гербер архив платы для заказа на заводе: https://disk.yandex.ru/d/vr_oGv7LHEaeZg
Так же прикрепляю гербер архив к сообщению.
|
| |
| |
| rw6bw73 | Дата: Понедельник, 2025-Фев-03, 23:07 | Сообщение # 43 |
|
практикующий
Группа: Пользователи
Сообщений: 138
Статус: Offline
| Какая мощность резисторов R17 R18 ? Для чего пятачки на выходе АТ3120 ?
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Понедельник, 2025-Фев-03, 23:42 | Сообщение # 44 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 698
Статус: Offline
| Мощность резисторов достаточно 1W (если брать китайские ватты) или 0.5Вт, если наши. Пятачки нужны для тестов других оптодрайверов, т.к. у некоторых выход 6 нога, у некоторых 7-я. А у AT3120-CuH-D они закорочены вместе.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Среда, 2025-Фев-05, 14:14 | Сообщение # 45 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 698
Статус: Offline
| Цитата rw6bw73 ( ) какая оптимальная задержка включения модулятора
В процессе наладки обнаружил довольно интересную особенность - плавное нарастание выходного напряжения.
Например, если у нас силовое питание 100В, а резистор скважности R10 выставлен на 0.5В, то при включении модулятора на выходе будет половина силового напряжения, 50В.
При тестах я С1 и С6 увеличивал до 10мкФ, ну, чтобы басы музыки лучше проникали в модулятор. Однако, когда включал модулятор, то обнаружил, что на выходе сначала около 10В, а затем, примерно за 0.6 сек это напряжение плавно росло с 10 до 50В. Стал разбираться почему. Встал осциллографом на выход LTC, и там увидел, что при включении модулятора скважность около 10% и потом, за 0.6 сек она плавно вырастает до 50%.
Сначала подумал, что микросхема либо бракованная попалась, либо какая-то версия, в которой реализовано плавное нарастание скважности при включении, типа софт-старт. Но, всё оказалось проще. Нарисовал красной линией.
При включении питания на входе MOD микросхемы должно мгновенно появляться 0.5В, чтобы на выходе была скважность 50%, а значит и U/2 на выходе модулятора. Но, параллельно этому входу получается стоят C1 и C6 последовательно, которые и не дают мгновенно появиться 0.5В. Вернул их значение обратно на 1мкФ, плавное нарастание стало очень незначительным, менее 100мс. То есть, меньше, чем время задержки включения.
Вот такая интересная особенность. Может быть кому пригодится, если кто захочет изменить схему и сделать именно плавное нарастание выходного напряжения.
|
| |
| |
|
